(57)【要約】【課題】DI加工が可能な、加工性に優れた電池用鋼板を得る。【解決手段】DI加工に耐えうる充分な加工性を有する電池用鋼板を得るために、鋼板を十分に軟質化する点から成分組成と製造条件の組み合わせを最適化する。具体的には、質量%で、C:0.01〜0.1％、Si≦0.1％、Mn:0.1〜1.0％、P≦0.03％、S≦0.2％、sol.Al:0.01〜0.08％、N≦0.0050％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延し、80〜90％の圧延率で冷間圧延し、次いで、600〜700℃の温度で30秒〜5分焼鈍し、次いで、0.5〜2.0％の伸長率で調質圧延し、めっき処理を行い、次いで、650〜800℃の温度で5分以上の拡散焼鈍後、調質圧延を行う。【選択図】図１
2007204788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
DI絞り加工により乾電池胴体部分とする電池用鋼板を製造するにあたって、質量%で、C:0.01〜0.1％、Si≦0.1％、Mn:0.1〜1.0％、P≦0.03％、S≦0.2％、sol.Al:0.01〜0.08％、N≦0.0050％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延し、80〜90％の圧延率で冷間圧延し、次いで、600〜700℃の温度で30秒〜5分焼鈍し、次いで、0.5〜2.0％の伸長率で調質圧延し、めっき処理を行い、次いで、650〜800℃の温度で5分以上の拡散焼鈍後、調質圧延を行うことを特徴とする電池用鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、DI加工により形成する電池用缶の材料を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板を用いて乾電池用缶を製造するにあたっては、その乾電池胴体部分はDI(Ｄrawing and Ｉroning)絞り加工により形成される。DI絞り加工方法とはシート状のメッキ鋼板から基材を打ち抜く際に、底壁と周壁とを有する浅底円筒形状のカップとして絞りながら打ち抜き、このカップを次の一工程の深絞り加工で所要の深さと径を有する円筒形状に加工するものである。このようにDI絞り加工では、カップを深絞りする工程で、周壁のみを引き伸ばし加工するため、例えば、底壁の板厚０.４ｍｍに対して、周壁の板厚を０.１５ｍｍまで絞ることが可能となり、板厚に対するしごき率（減少率）は従来の２倍強とすることが出来る。そして、周壁を薄肉とすると中空部の容積が大となり、充填剤が増加（電解液容量増大）して電池特性を向上させることが出来る。また、加工工程が缶形成材料となるシート鋼板からカップを打ち抜く一工程のカッピング工程と、絞り加工するＤＩ工程の一工程との合計二工程のみで良いため、加工工程の大幅な減少、それに伴う製造コストの低減を図ることが出来る。
【０００３】
一方では、ＤＩ絞り加工は上記のような加工方法をとるゆえに、用いる鋼板に対しては、ＤＩ加工に耐えられる優れた加工性が求められる。
【０００４】
これに対し、通常、乾電池用鋼板は、スラブを熱間圧延、冷間圧延、場合によってはその後焼鈍（箱焼鈍、連続焼鈍の場合の両方あり）、調質圧延を実施し、めっき工程を経て、焼鈍、調質圧延して製造される。しかし、焼鈍条件については特に限定されておらず、１回目の連続焼鈍の条件次第では固溶元素が残留することにより、材料が軟質化せず、DI加工に耐え得る材質とならない場合がある。
【０００５】
例えば、特許文献１では、DI加工を行う電池用缶の材料として、面内偏差Δrを0に近づけると共に、板厚を幅方向に均一とすることによりイヤリング発生を抑えた鋼板が開示されている。
【特許文献１】特開平6-344003号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の鋼板を、DI加工を行う電池用缶の材料として用いた場合、固溶元素が残存することから時効硬化が避けられず、DI加工中に割れが生じるという問題がある。
【０００７】
本発明では、かかる事情に鑑み、上記問題点を解決するためになされたもので、DI加工が可能な、加工性に優れた電池用鋼板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究した。そして、DI加工に耐えうる充分な加工性を有する電池用鋼板を得るためには、鋼板を軟質化することが重要であり、鋼板の軟質化の点から成分組成と製造条件の組み合わせについて検討した。その結果、時効硬化に対しては拡散焼鈍条件を適正な範囲に制御することが最も有効であることを見出し、成分組成としてCの量を規定し、その上で２回目の焼鈍（拡散焼鈍）を中心とした各製造条件の組み合わせを規定することにより、DI加工が可能な加工性に優れた鋼板が得られることをも見出した。
【０００９】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］DI絞り加工により乾電池胴体部分とする電池用鋼板を製造するにあたって、質量%で、C:0.01〜0.1％、Si≦0.1％、Mn:0.1〜1.0％、P≦0.03％、S≦0.2％、sol.Al:0.01〜0.08％、N≦0.0050％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延し、80〜90％の圧延率で冷間圧延し、次いで、600〜700℃の温度で30秒〜5分焼鈍し、次いで、0.5〜2.0％の伸長率で調質圧延し、めっき処理を行い、次いで、650〜800℃の温度で5分以上の拡散焼鈍後、調質圧延を行うことを特徴とする電池用鋼板の製造方法。
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％は、すべて質量％である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼種選定、スラブから熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、調質圧延、めっき、焼鈍、調質圧延の一連の製造工程（特に２回目の焼鈍条件）を最適化することによって、鋼板が充分に軟質化され、DI加工可能な電池用鋼板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
まず、本発明の成分限定理由について説明する。
【００１３】
化学成分範囲
C:0.01〜0.1％
Cは本発明において、最も重要な要件の一つである。鋼板を軟質化するためには、C量と製造条件の適切な組み合わせが必須となる。Cの添加量が0.1％を超えると、加工性が劣り、かつ固溶Cが残存し、時効硬化が生じ、軟質化の観点から不利である。よって、C量は0.1％以下とする。また、少なすぎると缶壁の強度不足となるため、強度確保の観点から0.01％以上とする。
【００１４】
Si≦0.1％
Siは鋼板の強化に有効な元素であり、適宜添加することが出来る。しかし、Siの添加量が0.1％を超えると、赤スケールの発生による鋼板の表面性状が劣化するため、Si量は0.1％以下とする。
【００１５】
Mn:0.1〜1.0％
Mnは鋼板の強化に有効な元素であるが、添加量が0.1％未満では強化元素として不十分である。一方、Mn量が1.0％を超えると、表面性状が悪化する。よって、Mn量は0.1％以上1.0％以下とする。
【００１６】
P≦0.03％
Pは鋼板の強化に有効な元素であるが、添加量が0.03％を超えると、伸びの低下が著しくなる。以上より、P量は0.03％以下とする。
【００１７】
S≦0.2％
Sは0.2％を超えると、Ｍｎ/Ｓが低下し欠陥が発生しやすくなる。このため、S量は0.2％以下とする。
【００１８】
sol.Al：0.01〜0.08％
sol.AlはAlNとして固溶Nを固定し時効性を改善させる元素であるが、0.01％未満ではNを固定するのに不十分であり、0.08％を超えると表面性状が低下する。このため、sol.Alは0.01％〜0.08％とする。
【００１９】
N≦0.0050％
Nは0.0050％を超えると、AlNとして固定できなくなり、時効性が劣化する。このため、N量は0.0050％以下とする。
【００２０】
上記以外の残部はFe及び不可避不純物とする。また、本発明では、本発明の作用効果を害さない微量元素として、例えば、Cr、Moは0.05％以下を含有してもよい。
【００２１】
次に本発明の電池用鋼板の製造方法について説明する。
【００２２】
本発明の鋼板は、まず、上記成分組成を有する鋼を溶製し、鋳造する。生産性、コスト面を考慮して、鋳造方法は、連続鋳造法とする。次いで、鋳造されたスラブを熱間圧延する。
【００２３】
熱間圧延は、高温の鋳造スラブをそのまま圧延しても良いし、室温まで冷却されたスラブを再加熱してから圧延しても良い。スラブ加熱する場合、圧延加熱温度が1100℃未満では圧延荷重が高くなるため、圧延が困難となる。また、スラブ加熱温度が1300℃を超えると、一次スケールの過剰な発生による熱延時のスケール欠陥発生し易くなる。このため、スラブの加熱温度は、1100℃以上1300℃以下が好ましい。粗圧延後、仕上圧延し、コイルに巻き取る。仕上圧延の際、850℃未満の温度で圧延終了すると、粗大粒となる。よって、仕上温度は850℃以上が好ましい。
【００２４】
巻取温度
Fe3Cの凝集粗大化及びAlN析出促進の効果があり、時効硬化が低減される。巻取温度が600℃未満では上記効果は充分でない。一方、700℃を超えると、ばらつきが大きくなる。よって巻取温度は600℃以上700℃以下とする。なお、好ましい巻取温度は620〜680℃である。
【００２５】
冷延
圧延率を最適化することにより、缶成形時の缶高さばらつき（Δｒ）を低減することが可能となる。この効果を充分に得るためには、圧延率は80％以上とする。一方、圧延率が90％超えると圧延荷重の増大により、圧延が困難となる。よって、圧延率は80％以上90％以下である。
【００２６】
焼鈍
雰囲気中で600℃以上700℃以下の再結晶温度直上で、30秒以上5分以下の連続焼鈍を行う。箱焼鈍で行うことも可能であるが、生産性、コスト面等を考慮すると連続焼鈍が好ましい。
【００２７】
調質圧延
0.5〜2.0％の伸長率で調質圧延を行う。
【００２８】
めっき処理
電解液に触れる内面側を中心に鋼板にＮｉめっき処理を施す。処理方法は特に限定しないが、メッキ厚の均一性の理由により、電気めっきが好ましい。また、めっき層の厚さは1μm〜５μmが好ましい。軟質めっきか硬質めっきかは特に問わない。
【００２９】
拡散焼鈍
本発明において重要な要件の一つである。過時効処理後の時効硬化に対して有効に働き、焼鈍条件を最適化することによりYPを低下し鋼板を軟質化させることが可能となる。また、Ｎｉめっき層と鋼板との間にFe-Ni拡散層を形成する。特に本発明においては、固溶元素の残存による時効硬化が避けられないため、めっき後の拡散焼鈍条件を最適にしないと材料が軟質化せず、DI成型することが不可能となる。すなわち、拡散焼鈍を中心に一連の製造条件を最適化することによって初めて、DI加工可能な鋼板および製造方法を得ることが可能となる。
【００３０】
拡散焼鈍の最適条件を調査するため、拡散焼鈍温度（最高到達温度）を変化させた電池用鋼板を作成し、硬度（HV）と引張特性を調査した。なお、この時用いた電池用鋼板は、以下の様にして作成した。質量％で、C：0.03％、Si：0.01％、Mn：0.2％、P：0.01％、S:0.01％、Sol.Al：0.05％、N：0.03％、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を溶製し、スラブに連続鋳造した後、室温まで冷却した。次いで、鋳造スラブを加熱温度1250℃、仕上温度870℃で熱間圧延し、620℃で巻取処理した。次いで、酸洗し、圧延率86％で冷間圧延を施した後、均熱温度650℃、焼鈍時間１分として連続焼鈍を行った。次いで、伸長率1.0％の調質圧延を行い、Niめっき処理を施した。Niめっきは、表裏両面とし、厚さが2μmとなるように、Niめっきを電気めっきにより施した。さらに、上記により得られためっき鋼板に対して、焼鈍温度を変化させ、拡散時間10分の拡散焼鈍を行い、再度、伸長率1.0％の調質圧延を行い電池用鋼板を得た。得られた結果を図１及び図２に示す。
【００３１】
図１及び図２から、拡散焼鈍温度を変化させると、特性が大きく変化することがわかる。特に最高温度が６５０℃近辺では、YP、YPELが低下するに伴い、硬度（HV）も大きく低下し鋼板が軟質化している。この鋼板の軟質化は、焼鈍温度が再結晶温度以上になり粒成長が起こりYPが低下することによると思われる。
以上より、焼鈍温度はYP低減効果による鋼板の軟質化の観点から650℃以上とする。一方、800℃超えではTSが低下し、強度不足となる。また、焼鈍時間が5分未満では拡散が不十分となる。よって、拡散焼鈍における温度は650℃以上800℃以下、時間は5分以上とする。
【００３２】
調質圧延
さらに、上記により得られためっき鋼板の組織を整えるために、伸長率0.5％〜2.0％で調質圧延を行う。
【実施例１】
【００３３】
（本発明例）
表1に示す成分の鋼を溶製し、スラブに連続鋳造した後、室温まで冷却した。次いで、鋳造スラブを加熱温度1250℃、仕上温度870℃で熱間圧延し、620℃で巻取処理した。次いで、酸洗し、圧延率86％で冷間圧延を施した後、均熱温度650℃、焼鈍時間１分として連続焼鈍を行った。次いで、伸長率1.0％の調質圧延を行い、Niめっき処理を施した。Niめっきは、表裏両面とし、厚さが2μmとなるように、Niめっきを電気めっきにより施した。さらに、上記により得られためっき鋼板に対して、焼鈍温度650℃、拡散時間10分の拡散焼鈍を行い、再度、伸長率1.0％の調質圧延を行い電池用鋼板を得た。
以上により得られた鋼板について、引張特性を調査した。なお、引張特性は圧延方向から採取したJIS5号引張試験片を用いて求めた。
（比較例）
上記本発明例と同様の成分を用い、製造条件として、拡散焼鈍温度を450℃、拡散時間を10分とした以外は本発明例と同様の方法を用いて電池用鋼板を得た。得られた鋼板に対して引張特性を調査した。なお、引張特性の測定方法は本発明例と同様である。
【００３４】
【表１】
2007204788.tif 000003
【００３５】
表2に上記により得られた鋼板の特性の結果を示す。
【００３６】
【表２】
2007204788.tif 000004
【００３７】
表2より、本発明例では、拡散前よりYPが低下しかつYPELがなくなっており、鋼板が軟質化されていることがわかる。
一方、比較例では引張特性は拡散前とほぼ同等であり、YPの低下は得られていない。
【００３８】
次に上記により得られた本発明例及び比較例の鋼板に対して、DI絞り加工を施し、乾電池胴体を作成した。得られた乾電池胴体についてクラック発生の有無を目視にて調査した。その結果、本発明例ではクラック発生率は１〜5％、比較例では10〜30％であった。
以上の結果から、本発明例では、鋼板の軟質化が充分に行われたため、クラックが発生することなしにDI絞り加工が可能であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
乾電池外筒缶製造の分野に好適であり、非時効性の鋼板でも適用可能であるため、箱焼鈍が不可欠と考えられている用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】焼鈍の際の最高到達温度とYPおよびYPELとの関係を示す図である。
【図２】焼鈍の際の最高到達温度とHVとの関係を示す図である。
【図１】
2007204788.tif 000005
【図２】
2007204788.tif 000006